D類音頻放大器的工作原理

音頻放大器已經(jīng)有快要一個(gè)世紀(jì)的歷史了，最早的電子管放大器的第一個(gè)應(yīng)用就是音頻放大器。然而直到現(xiàn)在為止，它還在不斷地更新、發(fā)展、前進(jìn)。主要因?yàn)槿祟惖穆犛X是各種感覺中的相當(dāng)重要的一種，也是最基本的一種。為了滿足它的需要，有關(guān)的音頻放大器就要不斷地加以改進(jìn)。

進(jìn)入21世紀(jì)以后，各種便攜式的電子設(shè)備成為了電子設(shè)備的一種重要的發(fā)展趨勢。從作為通信工具的手機(jī)，到作為娛樂設(shè)備的MP3播放器，已經(jīng)成為差不多人人具備的便攜式電子設(shè)備。陸續(xù)將要普及的還有便攜式電視機(jī)，便攜式DVD等等。所有這些便攜式的電子設(shè)備的一個(gè)共同點(diǎn)，就是都有音頻輸出，也就是都需要有一個(gè)音頻放大器；另一個(gè)特點(diǎn)就是它們都是電池供電的。都希望能夠有較長的使用壽命。就是在這種需求的背景下，D類放大器被開發(fā)出來了。它的最大特點(diǎn)就是它能夠在保持最低的失真情況下得到最高的效率。

高效率的音頻放大器不只是在便攜式的設(shè)備中需要，在大功率的電子設(shè)備中也需要。因?yàn)椋β试酱?，效率也就越重要。而隨著人們的居住條件的改善，高保真音響設(shè)備和更高檔的家庭影院也逐漸開始興起。在這些設(shè)備中，往往需要幾十瓦甚至幾百瓦的音頻功率。這時(shí)，低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關(guān)鍵部件。D類放大器在這些設(shè)備中也扮演了極重要的角色。

現(xiàn)在就讓我們來看一下D類放大器的基本原理和特點(diǎn)。

一、D類放大器的工作原理
可能讀者都早就熟悉了A類、B類、AB類和C類放大器，其實(shí)所有這些放大器的區(qū)別只是在于靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇。A類放大器具有最大的靜態(tài)工作電流，也就是它在沒有輸入信號的時(shí)候也會(huì)消耗電流，因而顯然它的效率是最低的。但是，只要選擇合適的工作點(diǎn)，它通常具有最低的失真。B類放大器則選擇了50%的導(dǎo)通時(shí)間，它的效率肯定比A類放大器要高,但是失真也要嚴(yán)重很多。AB類放大器則是介于A類和B類之間。它的導(dǎo)通時(shí)間也是介于50%到100%之間。C類放大器是指那些導(dǎo)通時(shí)間小于50%的放大器，通常用于負(fù)載為調(diào)諧回路的射頻放大器中。

D類放大器是一種完全不同的放大器，其實(shí)稱之為D類放大器似乎并不恰當(dāng)。因?yàn)樗⒉恢皇欠糯笃鞴ぷ鼽c(diǎn)的選擇。所以也有人稱之為“數(shù)字音頻放大器”。似乎這個(gè)名稱更為恰當(dāng)。因?yàn)橛幸环ND類放大器可以接收數(shù)字輸入而省去D/A變換。

D類放大器所采用的技術(shù)其實(shí)就是脈寬調(diào)制技術(shù)PWM(Pulse Width Modulation)。所謂脈寬調(diào)制技術(shù)也就是把模擬音頻信號的幅度來調(diào)制一系列矩形脈沖的寬度。這樣，一個(gè)模擬音頻信號就變成了一系列寬度受到調(diào)制的等幅脈沖信號。為什么要這樣做呢？因?yàn)檫@時(shí)候，要把信號放大，只要對這系列的脈沖信號放放大就可以了。而原來的模擬信號并不是包含在這個(gè)脈沖信號的幅度之中，而是包含在它的寬度之中。只要把這個(gè)放大以后的脈寬調(diào)制信號中所包含的低頻分量濾出來就可以得到放大以后的音頻信號。在沒有信號的時(shí)候，輸入信號就是對稱方波。所以如果在放大的時(shí)候，幅度上產(chǎn)生失真并不會(huì)使原來的音頻信號產(chǎn)生失真。在這種情況下的放大器就可以完全工作在開關(guān)狀態(tài)。在開關(guān)工作狀態(tài)，晶體管的效率是很高的。因?yàn)樵谕耆珜?dǎo)通的時(shí)候晶體管的電流很大但是壓降很小(由其飽和電阻決定)，而在截止的時(shí)候，加在晶體管的電壓很高，但是流過晶體管的電流很小(只是其漏電流而已)。同時(shí)還可以使晶體管在沒有音頻信號時(shí)完全工作在截止?fàn)顟B(tài)，這樣其效率就更高。這種脈寬調(diào)制可以用一個(gè)等幅三角波來對音頻信號進(jìn)行采樣。為了避免失真這個(gè)三角波的頻率必須遠(yuǎn)高于音頻信號的最高頻率分量。